Pruebas subterráneas de armas nucleares

Los ensayos nucleares subterráneos consisten en la detonación de prueba de armas nucleares bajo tierra. Cuando el dispositivo que se está probando se entierra a suficiente profundidad, la explosión nuclear puede ser contenida, sin que se liberen materiales radiactivos a la atmósfera.

El calor y la presión extremos de una explosión nuclear subterránea provocan cambios en la roca circundante. La roca más cercana al lugar de la prueba se vaporiza , formando una cavidad. Más lejos, se encuentran zonas de roca triturada, agrietada y con tensiones irreversibles. Tras la explosión, la roca sobre la cavidad puede colapsar, formando una chimenea de escombros. Si esta chimenea alcanza la superficie, puede formarse un cráter de hundimiento en forma de cuenco .

La primera prueba subterránea tuvo lugar en 1951. Pruebas posteriores pronto llevaron a los científicos a concluir que, incluso sin tener en cuenta las consideraciones ambientales y diplomáticas, las pruebas subterráneas tenían un valor científico mucho mayor que cualquier otra forma de prueba. Esta conclusión influyó notablemente en los gobiernos de las tres primeras potencias nucleares que firmaron el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares en 1963, que prohibió todas las pruebas nucleares excepto las realizadas bajo tierra. Desde entonces hasta la firma del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares en 1996, la mayoría de las pruebas nucleares se realizaron bajo tierra, lo que impidió que la lluvia radiactiva adicional llegara a la atmósfera.

La preocupación pública por la lluvia radiactiva de las pruebas nucleares creció a principios de la década de 1950. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La lluvia radiactiva se descubrió después de la prueba Trinity , la primera prueba de bomba atómica de la historia, en 1945. ^{[ 2 ]} Los fabricantes de películas fotográficas informaron más tarde de películas "veladas" ; esto se rastreó a los materiales de embalaje procedentes de cultivos de Indiana, contaminados por Trinity y pruebas posteriores en el Sitio de Pruebas de Nevada , a más de 1600 km (1000 millas ) de distancia. ^{[ 2 ]} La intensa lluvia radiactiva de la prueba Simon de 1953 se documentó hasta Albany, Nueva York. ^{[ 2 ]} 

Las consecuencias de la prueba Bravo de marzo de 1954 en el Océano Pacífico tuvieron "implicaciones científicas, políticas y sociales que han perdurado durante más de 40 años". ^{[ 3 ]} La prueba de varios megatones provocó lluvia radiactiva en las islas de los atolones de Rongerik y Rongelap , y en un barco pesquero japonés conocido como Daigo Fukuryū Maru (Dragón de la Suerte). ^{[ 3 ]} Antes de esta prueba, había una apreciación "insuficiente" de los peligros de la lluvia radiactiva. ^{[ 3 ]}

La prueba se convirtió en un incidente internacional. En una entrevista con el Servicio Público de Radiodifusión (PBS), la historiadora Martha Smith afirmó: «En Japón, se convierte en un asunto de gran importancia, no solo para el gobierno y su protesta contra Estados Unidos, sino que diversos grupos y personas de todo el país comienzan a protestar. Se convierte en un tema de gran relevancia en los medios de comunicación. Surgen todo tipo de cartas y protestas, como era de esperar, de pescadores japoneses, sus esposas, grupos estudiantiles y todo tipo de personas, que protestan contra el uso del Pacífico por parte de los estadounidenses para realizar pruebas nucleares. Les preocupa, en primer lugar, por qué Estados Unidos tiene siquiera el derecho de llevar a cabo ese tipo de pruebas en el Pacífico. También les preocupa el impacto en la salud y el medio ambiente». ^{[ 4 ]}

El conocimiento sobre la lluvia radiactiva y sus efectos aumentó, y con él la preocupación por el medio ambiente global y el daño genético a largo plazo . ^{[ 5 ]} En mayo de 1955 comenzaron las conversaciones entre Estados Unidos, Reino Unido, Canadá, Francia y la Unión Soviética sobre un acuerdo internacional para poner fin a las pruebas nucleares. ^{[ 5 ]} El 5 de agosto de 1963, representantes de Estados Unidos , la Unión Soviética y el Reino Unido firmaron el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares, que prohibía las pruebas de armas nucleares en la atmósfera, en el espacio y bajo el agua. ^{[ 6 ]} El acuerdo se facilitó gracias a la decisión de permitir las pruebas subterráneas, eliminando la necesidad de inspecciones in situ que preocupaban a los soviéticos. ^{[ 6 ]} Se permitieron las pruebas subterráneas, siempre que no causaran la presencia de "residuos radiactivos fuera de los límites territoriales del Estado bajo cuya jurisdicción o control se realiza dicha explosión". ^{[ 5 ]}

Tras el análisis de las detonaciones submarinas que formaron parte de la Operación Crossroads en 1946, se realizaron consultas sobre el posible valor militar de una explosión subterránea. ^{[ 7 ]} El Estado Mayor Conjunto de los Estados Unidos obtuvo así el acuerdo de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC) para realizar experimentos con detonaciones tanto en superficie como subterráneas. ^{[ 7 ]} La isla de Amchitka , en Alaska, fue seleccionada inicialmente para estas pruebas en 1950, pero posteriormente se consideró que el sitio no era adecuado y las pruebas se trasladaron al Sitio de Pruebas de Nevada. ^{[ 8 ]}

La primera prueba nuclear subterránea se realizó el 29 de noviembre de 1951. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Se trató del Buster-Jangle Uncle de 1,2 kilotones , ^{[ 12 ]} que detonó a 5,2 m (17 pies ) bajo el nivel del suelo. ^{[ 10 ]} La prueba fue diseñada como una investigación a escala reducida de los efectos de un arma de fisión de tipo cañón de 23 kilotones que penetraba el suelo y que en ese momento se estaba considerando para su uso como arma antibúnker y para la formación de cráteres . ^{[ 13 ]} La explosión produjo una nube que se elevó a 3500 m (11 500 pies) y depositó lluvia radiactiva hacia el norte y el nornoreste. ^{[ 14 ]} El cráter resultante tenía 79 m (260 pies) de ancho y 16 m (53 pies) de profundidad. ^{[ 13 ]}         

La siguiente prueba subterránea fue Teapot Ess , el 23 de marzo de 1955. ^{[ 10 ]} La explosión de un kilotón fue una prueba operativa de una « Munición de Demolición Atómica » (ADM). ^{[ 15 ]} Fue detonada a 20 m (67 pies) bajo tierra, en un pozo revestido con acero corrugado, que luego fue rellenado con sacos de arena y tierra. ^{[ 16 ]} Debido a que la ADM estaba enterrada bajo tierra, la explosión lanzó toneladas de tierra hacia arriba, ^{[ 15 ]} creando un cráter de 90 m (300 pies) de ancho y 39 m (128 pies ) de profundidad. ^{[ 16 ]} La nube en forma de hongo resultante se elevó a una altura de 3700 m (12 000 pies) y la lluvia radiactiva subsiguiente se desplazó en dirección este, viajando hasta 225 km (140 millas ) desde el punto cero. ^{[ 15 ]}          

El 26 de julio de 1957, Plumbbob Pascal-A fue detonado en el fondo de un pozo de 148 m (486 pies ) . ^{[ 17 ] [ 18 ]} Según una descripción, «¡marcó el comienzo de la era de las pruebas subterráneas con una magnífica bengala pirotécnica !». ^{[ 19 ]} En comparación con una prueba en superficie, los residuos radiactivos liberados a la atmósfera se redujeron en un factor de diez. ^{[ 19 ]} Se inició el trabajo teórico sobre posibles esquemas de contención. ^{[ 19 ]}  

Plumbbob Rainier fue detonado a 274 m (899 pies ) bajo tierra el 19 de septiembre de 1957. ^{[ 17 ]} La explosión de 1,7 kt fue la primera en ser contenida completamente bajo tierra, sin producir lluvia radiactiva. ^{[ 20 ]} La prueba tuvo lugar en un túnel horizontal de 500 a 600 m (1600 pies) ^{[ 21 ]} a 2000 m ^{( 22 ]} ) con forma de gancho. ^{[ 22 ]} El gancho "fue diseñado para que la fuerza explosiva sellara la parte no curva del túnel más cercana a la detonación antes de que los gases y los fragmentos de fisión pudieran ser ventilados alrededor de la curva del gancho del túnel". ^{[ 22 ]} Esta prueba se convertiría en el prototipo para pruebas más grandes y potentes. ^{[ 20 ]} Rainier fue anunciado con anticipación para que las estaciones sísmicas pudieran intentar registrar una señal. ^{[ 23 ]}     

El análisis de las muestras recogidas tras la prueba permitió a los científicos comprender las explosiones subterráneas, un conocimiento que «persiste prácticamente inalterado hasta el día de hoy». ^{[ 23 ]} Esta información serviría de base para las decisiones posteriores de firmar el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares. ^{[ 23 ]}

Cannikin , la última prueba realizada en las instalaciones de Amchitka, fue detonada el 6 de noviembre de 1971. Con una potencia aproximada de cinco megatones , fue la mayor prueba subterránea en la historia de Estados Unidos. ^{[ 24 ]}

Los efectos de una prueba nuclear subterránea pueden variar según factores como la profundidad y el rendimiento de la explosión , así como la naturaleza de la roca circundante. ^{[ 25 ]} Si la prueba se realiza a una profundidad suficiente, se dice que está contenida , sin que se liberen gases u otros contaminantes al medio ambiente. ^{[ 25 ]} Por el contrario, si el dispositivo se entierra a una profundidad insuficiente ("subenterrado"), la explosión puede expulsar roca, formando un cráter de hundimiento rodeado de material eyectado y liberando gases a alta presión a la atmósfera (el cráter resultante suele tener un perfil cónico, circular y puede variar entre decenas y cientos de yardas de diámetro y profundidad ^{[ 26 ]} ).

Una cifra utilizada para determinar la profundidad a la que debe enterrarse el dispositivo es la profundidad de enterramiento escalada , o -burst (SDOB) ^{[ 25 ].} Esta cifra se calcula dividiendo la profundidad de enterramiento entre la raíz cúbica del rendimiento. Se estima que, para garantizar la contención, esta cifra debe ser superior a 300 pies (100 m) por kilotón ^1/3 . ^{[ 25 ] [ 27 ]}  

La energía de la explosión nuclear se libera en un microsegundo . En los siguientes microsegundos, el equipo de prueba y la roca circundante se vaporizan, con temperaturas de varios millones de grados y presiones de varios millones de atmósferas . ^{[ 25 ]} En milisegundos , se forma una burbuja de gas y vapor a alta presión. El calor y la onda de choque en expansión hacen que la roca circundante se vaporice o se funda más lejos, creando una cavidad de fusión . ^{[ 26 ]} El movimiento inducido por el choque y la alta presión interna hacen que esta cavidad se expanda hacia afuera, lo que continúa durante varias décimas de segundo hasta que la presión ha disminuido lo suficiente, a un nivel aproximadamente comparable con el peso de la roca superior, y ya no puede crecer. ^{[ 26 ]} Aunque no se observa en todas las explosiones, se han descrito cuatro zonas distintas (incluida la cavidad de fusión) en la roca circundante. La zona triturada , aproximadamente dos veces el radio de la cavidad, consiste en roca que ha perdido toda su integridad anterior. La zona agrietada , aproximadamente tres veces el radio de la cavidad, consiste en roca con fisuras radiales y concéntricas. Finalmente, la zona de deformación irreversible consiste en roca deformada por la presión. ^{[ 26 ]} La siguiente capa experimenta únicamente una deformación elástica ; la deformación y la posterior liberación forman entonces una onda sísmica . Unos segundos después, la roca fundida comienza a acumularse en el fondo de la cavidad y el contenido de la cavidad comienza a enfriarse. El rebote tras la onda de choque provoca que se acumulen fuerzas de compresión alrededor de la cavidad, denominada jaula de contención de esfuerzos , sellando las grietas. ^{[ 28 ]}

Varios minutos o días después, una vez que el calor se disipa lo suficiente, el vapor se condensa y la presión en la cavidad cae por debajo del nivel necesario para soportar la sobrecarga, la roca sobre el vacío cae en la cavidad. Dependiendo de varios factores, incluyendo el rendimiento y las características del enterramiento, este colapso puede extenderse hasta la superficie. Si lo hace, se crea un cráter de subsidencia . ^{[ 26 ]} Dicho cráter suele tener forma de cuenco y varía en tamaño desde alrededor de 100  pies hasta más de media milla de diámetro. ^{[ 26 ]} En el Sitio de Pruebas de Nevada , el 95 por ciento de las pruebas realizadas a una profundidad de enterramiento escalada (SDOB) de menos de 150 causaron colapso de la superficie, en comparación con aproximadamente la mitad de las pruebas realizadas a una SDOB de menos de 180. ^{[ 26 ]} El radio r (en pies) de la cavidad es proporcional a la raíz cúbica del rendimiento y (en kilotones), r = 55 *${\displaystyle {\sqrt[{3}]{y}}}$; una explosión de 8 kilotones creará una cavidad con un radio de 110 pies (34 m) . ^{[ 28 ]} 

Otras características de la superficie pueden incluir terreno alterado, crestas de presión , fallas , movimiento del agua (incluidos cambios en el nivel freático ), caídas de rocas y deslizamientos del terreno. ^{[ 26 ]} La mayor parte del gas en la cavidad está compuesta de vapor; su volumen disminuye drásticamente a medida que baja la temperatura y el vapor se condensa. Sin embargo, hay otros gases, principalmente dióxido de carbono e hidrógeno , que no se condensan y permanecen en estado gaseoso. El dióxido de carbono se produce por descomposición térmica de carbonatos , el hidrógeno se crea por reacción del hierro y otros metales del dispositivo nuclear y el equipo circundante. La cantidad de carbonatos y agua en el suelo y el hierro disponible deben considerarse al evaluar la contención del sitio de prueba; los suelos arcillosos saturados de agua pueden causar colapso estructural y ventilación. La roca dura del basamento puede reflejar las ondas de choque de la explosión, lo que también puede causar debilitamiento estructural y ventilación. Los gases no condensables pueden permanecer absorbidos en los poros del suelo. Sin embargo, una gran cantidad de dichos gases puede mantener suficiente presión para impulsar los productos de fisión hacia el suelo. ^{[ 28 ]}

La fuga de radiactividad de la cavidad se conoce como fallo de contención. Las liberaciones masivas, rápidas e incontroladas de productos de fisión, impulsadas por la presión del vapor o el gas, se conocen como venteo; un ejemplo de tal fallo es la prueba de Baneberry . Las liberaciones lentas, incontroladas y de baja presión de radiactividad se conocen como filtraciones ; estas tienen poca o ninguna energía, no son visibles y deben ser detectadas por instrumentos. Las filtraciones tardías son liberaciones de gases no condensables días o semanas después de la explosión, por difusión a través de poros y grietas, probablemente asistidas por una disminución de la presión atmosférica (el llamado bombeo atmosférico ). Cuando se debe acceder al túnel de prueba, se realiza una purga controlada del túnel; los gases se filtran, se diluyen con aire y se liberan a la atmósfera cuando los vientos los dispersarán sobre áreas escasamente pobladas. Las pequeñas fugas de actividad resultantes de aspectos operativos de las pruebas se denominan liberaciones operacionales ; pueden ocurrir, por ejemplo, durante la perforación en el lugar de la explosión durante el muestreo del núcleo o durante el muestreo de los gases de la explosión. La composición de radionúclidos difiere según el tipo de liberación; Las grandes liberaciones inmediatas expulsan una fracción significativa (hasta un 10 %) de productos de fisión, mientras que las filtraciones tardías contienen solo los gases más volátiles. El suelo absorbe los compuestos químicos reactivos, por lo que los únicos nucleidos que se filtran a través del suelo hacia la atmósfera son los gases nobles , principalmente el criptón-85 y el xenón-133 . ^{[ 28 ]}

Los nucleidos liberados pueden sufrir bioacumulación . Isótopos radiactivos como el yodo-131 , el estroncio-90 y el cesio-137 se concentran en la leche de las vacas que pastan; por lo tanto, la leche de vaca es un indicador de lluvia radiactiva conveniente y sensible. Los tejidos blandos de los animales se pueden analizar para detectar emisores gamma , los huesos y el hígado para detectar estroncio y plutonio , y la sangre, la orina y los tejidos blandos se analizan para detectar tritio. ^{[ 28 ]}

Aunque inicialmente existía preocupación por la posibilidad de terremotos derivados de pruebas subterráneas, no hay evidencia de que esto haya ocurrido. ^{[ 25 ]} Sin embargo, se han reportado movimientos de fallas y fracturas del terreno, y las explosiones suelen preceder a una serie de réplicas , que se cree que son resultado del colapso de cavidades y la formación de chimeneas. En algunos casos, la energía sísmica liberada por los movimientos de fallas ha superado la de la propia explosión. ^{[ 25 ]}

Firmado en Moscú el 5 de agosto de 1963 por representantes de Estados Unidos, la Unión Soviética y el Reino Unido, el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares acordó prohibir los ensayos nucleares en la atmósfera, el espacio y bajo el agua. ^{[ 6 ]} Debido a la preocupación del gobierno soviético por la necesidad de inspecciones in situ, los ensayos subterráneos quedaron excluidos de la prohibición. ^{[ 6 ]} Finalmente, 108 países firmaron el tratado, con la notable excepción de China. ^{[ 29 ]}

En 1974, Estados Unidos y la Unión Soviética firmaron el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares (TPEC), que prohibía los ensayos subterráneos con rendimientos superiores a 150 kilotones. ^{[ 30 ]} Para la década de 1990, las tecnologías para monitorear y detectar ensayos subterráneos habían madurado hasta el punto de que los ensayos de un kilotón o más podían detectarse con alta probabilidad, y en 1996 comenzaron las negociaciones bajo los auspicios de las Naciones Unidas para desarrollar una prohibición integral de ensayos nucleares. ^{[ 29 ]} El Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares resultante fue firmado en 1996 por Estados Unidos, Rusia, Reino Unido, Francia y China. ^{[ 29 ]} Sin embargo, tras la decisión del Senado de Estados Unidos de no ratificar el tratado en 1999, aún no ha sido ratificado por 8 de los 44 estados del Anexo 2 requeridos y, por lo tanto, no ha entrado en vigor como derecho de las Naciones Unidas.

• 
  Tío Buster-Jangle
• 
  Tetera Ess
• 
  Sedán Storax
• 
  Cráter del sedán
• 
  Goleta de arpón
• 
  Cráteres de hundimiento del sitio de pruebas de Nevada
• 
  Chagai-I

• Pruebas de armas nucleares
• Cráter de hundimiento
• Síndrome de cansancio en la montaña
• destructor de búnkeres nucleares
• Lista de eventos sísmicos inducidos

• "La contención de explosiones nucleares subterráneas", Director del proyecto Gregory E van der Vink, Congreso de los Estados Unidos, Oficina de Evaluación Tecnológica, OTA-ISC-414, (octubre de 1989).
• Reseña del OIEA sobre el libro de 1968: Los usos constructivos de las explosiones nucleares, de Edward Teller.

• https://web.archive.org/web/20060908032343/http://www.princeton.edu/~globsec/publications/pdf/3_3-4Adushkin.pdf
• Investigaciones nucleares , Boletín de los científicos atómicos , septiembre/octubre de 2003
• http://www.unscear.org/unscear/en/publications.html
• https://web.archive.org/web/20041218041325/http://www.ingv.it/~roma/SITOINGLESE/research_projects/CTBTO/explosions.html
• http://www.globalsecurity.org/wmd/intro/ugt.htm
• https://fas.org/nuke/intro/nuke/ugt-nts.htm Archivado el 9 de abril de 2015 en Wayback Machine
• http://www.atomictraveler.com/UndergroundTestOTA.pdf
• http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1215_web.pdf
• El programa soviético para usos pacíficos de explosiones nucleares , MD Nordyke, UCRL-ID-12441O Rev 2
• https://web.archive.org/web/20090227073933/http://www.princeton.edu/~globsec/publications/effects/effects.shtml